AT512764A1

AT512764A1 - Trichter

Info

Publication number: AT512764A1
Application number: ATA353/2012A
Authority: AT
Original assignee: Berger Johann
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2013-10-15
Also published as: WO2013139898A1; DE202013011909U1

Abstract

Trichter, mit einem Einfüllteil (1), der über einen Verengungsbereich (2) mit sich verengendem Querschnitt in einen Auslaufstutzen (3) übergeht, wobei erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, dass im Verengungsbereich (2) nach innen abstehende, den lichten Querschnitt verengende, noppenartige Vorsprünge (4) vorgesehen sind, die vorzugsweise ein magnetisches Material, etwa Hämatit, enthalten. Auf diese Weise wird eine wirkungsvolle Verringerung der abwärts gerichteten Strömungsgeschwindigkeit erreicht, und die Ausbildung einer sublaminaren Grenzschicht unterbunden, sodass insgesamt die Verweildauer des flüssigen Mediums innerhalb des erfindungsgemäßen Trichters erhöht und die Durchmischungverbessert wird. Der erfindungsgemäße Trichter weist somit verbesserte Eigenschaften zur Aufbereitung von flüssigen Medien auf, insbesondere hinsichtlich der Herstellung einer Mischung von Flüssigkeiten, Suspensionen und Emulsionen, sowie des Auflösens von Stoffen in Flüssigkeiten. Das eingelagerte Hämatit verbessert die Durchmischung polarer Flüssigkeiten.

Description

• φ • ··· 1 • 1 · * • 1* « • · « • φ · φ

Die Erfindung betrifft einen Trichter mit einem Einfüllteil, der über einen Verengungsbereich eines sich verengenden Querschnitts in einen Auslaufstutzen übergeht, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Trichter werden zumeist zum Befüllen von Behältern verwendet, sie können aber auch verwendet werden, um das Mischen von Flüssigkeiten, das Auflösen von Stoffen in Flüssigkeiten, sowie die Herstellung von Suspensionen und Emulsionen zu unterstützen. Flüssigkeiten, die gemischt werden sollen, oder die als Lösungsmittel für aufzulösende Stoffe dienen, sowie Suspensionen und Emulsionen werden im Folgenden als „flüssige Medien" zusammengefasst. Im Zuge der Aufbereitung eines solchen flüssigen Mediums wird es von einem ersten Vorlagebehälter über einen Trichter in einen zweiten Sammelbehälter überführt. Durch den Eintritt des flüssigen Mediums in den Verengungsbereich wird es auf eine Kreisbahn gezwungen und strömt in einem abwärts gerichteten Wirbel nach unten. Durch die Verjüngung im konisch ausgeführten Verengungsbereich kommt es zu einer Verdrängung von Volumen nach innen und zu einem Aufstau im unteren Bereich des Verengungsbereiches, was zur Bildung eines inneren, aufwärtsgerichteten Wirbels führt. Die vorherrschenden Strömungen bzw. Strömungsgeschwindigkeiten sind somit die vertikale Strömungsgeschwindigkeit, die im äußeren Bereich der turbulenten Strömung nach unten und im inneren Bereich nach oben gerichtet ist, die tangentiale Strömungsgeschwindigkeit der Kreisbahn, die anders als bei einer Festkörperrotation mit sinkendem Radius zunimmt, und ' die radiale Strömungsgeschwindigkeit, welche durch die Verdrängung von Volumen nach innen entsteht. Die tangentiale Geschwindigkeit ist verantwortlich für starke Fliehkräfte, die auf allenfalls im flüssigen Medium enthaltene Feststoffe wirkt. Die radiale Strömungsgeschwindigkeit wiederum wirkt der Fliehkraft entgegen. Hinzu kommen lokale Turbulenzen und Partikelinteraktionen, die ebenfalls Einfluss auf die Durchmischung nehmen.

Das Wirbelfeld innerhalb des Trichters unterstützt dabei das Mischen von Flüssigkeiten, die Auflösung von Stoffen in einer Flüssigkeit, sowie die Herstellung der Suspension oder Emulsion in ähnlicher Weise wie etwa das Umrühren eines flüssigen Mediums innerhalb eines ruhenden Behälters. Gegenkräfte wie die Adhäsion, die thermische Molekularbewegung oder die Viskosität werden dabei überwunden. Trotzdem werden Trichter zum Aufbereiten von flüssigen Medien in der Praxis kaum verwendet, abgesehen von Spezialanwendungen wie Büchnertrichter oder nutschenförmige Ausführungen.

Es ist daher das Ziel der Erfindung Trichter so zu verbessern, dass ihre Eigenschaften zur Aufbereitung von flüssigen Medien verbessert werden, insbesondere hinsichtlich der Herstellung einer Mischung von Flüssigkeiten, Suspensionen und Emulsionen, sowie des Auflösens von Stoffen in Flüssigkeiten.

Diese Ziele werden durch die Eigenschaften von Anspruch 1 erreicht. Anspruch 1 bezieht sich auf einen Trichter mit einem Einfüllteil, der über einen Verengungsbereich eines sich verengenden Querschnitts in einen Auslaufstutzen übergeht, wobei erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, dass im Verengungsbereich nach innen abstehende, den lichten Querschnitt verengende, noppenartige Vorsprünge vorgesehen sind. Wie bereits erwähnt wurde, wird sich bei Durchlaufen des flüssigen Mediums durch einen Trichter eine zunehmende Winkelgeschwindigkeit des flüssigen Mediums einstellen. Die Winkelgeschwindigkeit des flüssigen Mediums ist allerdings innerhalb des Verengungsbereiches entlang des Querschnitts normal zur Rotationsachse nicht konstant. Wie sich aus theoretischen Betrachtungen der Turbulenztheorie ergibt, ist die Winkelgeschwindigkeit des flüssigen Mediums im Nahbereich zur Rotationsachse um ein Vielfaches größer als im Nahbereich zur Innenfläche des Verengungsbereiches, wo sie im unmittelbaren Kontaktbereich, der sogenannten sublaminaren Grenzschicht, schließlich gegen Null konvergiert. Im Nahbereich der Innenfläche stellt sich jedoch auch die größte, vertikale Strömungsgeschwindigkeit in Richtung des Auslaufstutzens ein, sodass ein großer Teil des flüssigen • f · « · * « · f

• « i * • ·

Mediums den Verengungsbereich durchläuft, ohne dem Wirbelfeld ausgesetzt gewesen zu sein und eine entsprechende zu

Durchmischung erfahren haben. Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahme der nach innen abstehenden, den lichten Querschnitt verengenden, noppenartigen Vorsprünge wird die Ausbildung einer sublaminaren Grenzschicht jedoch verhindert, und die Geschwindigkeit der vertikalen Strömung in Richtung des AuslaufStutzens verringert. Auf diese Weise wird die Verweildauer des flüssigen Mediums innerhalb des erfindungsgemäßen Trichters erhöht und alle Teile des flüssigen Mediums dem Wirbelfeld ausgesetzt, wodurch eine bessere Durchmischung erreicht wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird des Weiteren vorgeschlagen, dass die noppenartigen Vorsprünge ein magnetisches Material, etwa Hämatit, enthalten. Unter einem magnetischen Material wird hierbei ein Ferromagnet,

Ferrimagnet, oder Antiferromagnet verstanden. Die magnetischen Eigenschaften werden ausgenutzt, um die Durchmischung polarer Flüssigkeiten zu verbessern, wie im Folgenden noch ausgeführt werden wird. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Innenfläche des Verengungsbereiches, auf der die noppenartigen Vorsprünge angeordnet sind, rotationshyperbolisch ausgeführt ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mithilfe der beiliegenden Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen die

Fig. 1 eine Darstellung eines einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trichters von der Seite gesehen, und die

Fig. 2 die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trichters gemäß Fig. 1 von oben gesehen.

Zunächst wird auf die Fig. 1 Bezug genommen, die eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trichters mit einem Einfüllteil 1, der über einen Verengungsbereich 2 eines sich verengenden Querschnitts in einen Auslaufstutzen 3 übergeht.

Der Trichter kann etwa aus Borosilicatglas gefertigt sein. Erfindungsgemäß sind im Verengungsbereich 2 nach innen abstehende, den lichten Querschnitt verengende, noppenartige Vorsprünge 4 vorgesehen. Wie der Fig. 4 entnommen werden kann, sind die nach innen abstehenden, noppenartigen Vorsprünge 4 in einer Größe ausgeführt, dass sie den lichten Querschnitt auch tatsächlich verengen, sodass die Strömung beeinflusst und eine wirkungsvolle Verringerung der abwärts gerichteten Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird. Auch die Ausbildung einer sublaminaren Grenzschicht wird effektiv unterbunden, sodass insgesamt die Verweildauer des flüssigen Mediums innerhalb des erfindungsgemäßen Trichters erhöht und die Durchmischung verbessert wird.

Um die Durchmischung polarer Flüssigkeiten zusätzlich zu verbessern, können die noppenartigen Vorsprünge 4 ein magnetisches Material in Form eines Ferromagneten, Ferrimagneten, oder Antiferromagneten enthalten. Die noppenartigen Vorsprünge 4 können etwa Hämatit enthalten, beispielsweise in Form kleiner, kieselartiger Steine. Hämatit weist als antiferromagnetisches Material lokal starken Magnetismus bei geringer Gesamtmagnetisierung auf. Des Weiteren könnte etwa auch Magnetit, oder·· ^.synthetische magnetische Materialien verwendet werden. Da polare Flüssigkeiten, etwa Wasser, einen molekularen Dipol aufweisen, eignen sie sich für die elektrolytische Dissoziation von Salzen, Basen und Säuren, zur Komplexbildung, zur Hydratation und zur Ausbildung von Wasserstoff-Brückenbindungen. Die letztgenannten Wasserstoffbrücken erhöhen wiederum die Schmelztemperatur, die Siedetemperatur, die Verdampfungsenthalpie, das Dipolmoment, die elektrische Feldkonstante und die Viskosität. Wasserstoff-Brückenbindungen führen aber auch zu typischen Ketten-, Schicht- und Raumnetzstrukturen.

Es hat sich herausgestellt, dass die Einlagerung von magnetischem Material wie etwa Hämatit in den noppenartigen Vorsprüngen 4 bei polaren Flüssigkeiten die elektrische Leitfähigkeit des flüssigen Mediums bei Durchlaufen des erfindungsgemäßen Trichters erhöht. Die Ursache für diese Effekte wird in der Wechselwirkung des antiferromagnetischen Hämatits mit den Dipolen polarer Flüssigkeiten vermutet. Des Weiteren wurde eine leichte Absenkung der Temperatur beobachtet, was auf unterschiedliche Ordnungszustände der polaren Flüssigkeit hinweisen könnte.

Messungen haben ferner ergeben, dass überraschender Weise auch das Redoxpotential des flüssigen Mediums verringert wird, was auf eine Verschiebung oxidativer Spezien zugunsten reduktiver Spezien zurückgeführt wird. Der pH-Wert verändert sich hingegen erwartungsgemäß bei Durchlaufen des erfindungsgemäßen Trichters nicht.

Mithilfe der erfindungsgemäßen Merkmale wird erreicht, dass die Ausbildung einer sublaminaren Grenzschicht verhindert wird, und sich die Geschwindigkeit der vertikalen Strömung in Richtung des AuslaufStutzens verringert. Auf diese Weise wird die Verweildauer des flüssigen Mediums innerhalb des erfindungsgemäßen Trichters erhöht und alle Teile des flüssigen Mediums dem Wirbelfeld ausgesetzt, wodurch eine bessere Durchmischung erreicht wird. Der erfindungsgemäße Trichter weist somit verbesserte Eigenschaften zur Aufbereitung von flüssigen Medien auf, insbesondere hinsichtlich der Herstellung einer Mischung von Flüssigkeiten, Suspensionen und Emulsionen, sowie des Auflösens von Stoffen in Flüssigkeiten.

Claims

4

: 6. » · * • · · ft · V * • ··* ι · « * 9*9 9 4t Patentansprüche: 1. Trichter mit einem Einfüllteil (1), der über einen Verengungsbereich (2) mit sich verengendem Querschnitt in einen Auslaufstutzen (3) übergeht, dadurch gekennzeichnet, dass im Verengungsbereich (2) nach innen abstehende, den lichten Querschnitt verengende, noppenartige Vorsprünge (4) vorgesehen sind.
2. Trichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die noppenartigen Vorsprünge (4) magnetisches Material enthalten.
3. Trichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die noppenartigen Vorsprünge (4) Hämatit enthalten.
4. Trichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Verengungsbereiches (2) , auf der die noppenartigen Vorsprünge (4) angeordnet sind, rotationshyperbolisch ausgeführt ist.

Wien, am 22.03.2012